JPWO2007043360A1 - 正特性サーミスタ装置 - Google Patents

Abstract

金属体（１）の中空部（Ｔ）に、下部絶縁板（５）、正特性サーミスタ素子（２ａ）、および端子板（３），（４）からなる積層体を挿入し、中空部（Ｔ）の上面と上面側の端子板（３）との間に、長手方向に垂直な面での断面形状がほぼ一定な屈曲させた金属板からなる押圧バネ（８ａ）を挿入して、押圧バネ（８ａ）と上記積層体を中空部（Ｔ）内部に弾性保持する。正特性サーミスタ素子（２ａ）の電極損傷がなく、押圧バネ（８ａ）の挿入が容易であり、絶縁物の損傷がなく絶縁物配置が容易な構成である。

Description

この発明は、正特性サーミスタ素子と金属体を備える正特性サーミスタ装置に関するものである。

放熱体としての金属体と正特性サーミスタ素子とを備えた正特性サーミスタ装置が、温風ヒータやエアコン用の補助ヒータとして従来用いられている。

例えば、２つの放熱板の間に正特性サーミスタ素子を挟み、両側面部をバネで弾発固定した正特性サーミスタ装置が特許文献１に示されている。図１はその正特性サーミスタ装置の構成を示す図である。この正特性サーミスタ装置は、２つの放熱板１１，１３の間に正特性サーミスタ素子１７を挟み、放熱板１１，１３の両側面部をスプリングピン１９で弾発固定したものである。正特性サーミスタ素子１７は枠体１５と絶縁板１８とによって絶縁するとともに、正特性サーミスタ素子１７の一方の面の電極が放熱板１１に接し、他方の面の電極が端子１６に接触するように構成している。

また、正特性サーミスタ素子をバネ端子によって中空金属体の内壁に圧接させた正特性サーミスタ装置が特許文献２に示されている。図２はその正特性サーミスタ装置の構成を示す図である。正特性サーミスタ素子２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂの一方の面の電極が金属体２５，２６に接触し、他方面が端子板２９に接触するようにそれらを配置している。
特公平７−３４３９０号公報 特公平７−３４３９２号公報

特許文献１に示されている構造の正特性サーミスタ装置では、放熱板の両端を弾発固定しているため、放熱板に反りが発生した場合に、正特性サーミスタ素子と端子板との接触が不十分となり、正特性サーミスタ素子の電極焼けが生じるおそれがあった。一方、特許文献２に示されている構造の正特性サーミスタ装置では、正特性サーミスタ素子や端子板、絶縁板が中空金属体の内部に収容されているため、密閉性が高く異物の侵入が防止でき、またバネ端子が正特性サーミスタ素子を直接押圧するため、接触信頼性も高い。

ところが、この特許文献２に示されている構造の正特性サーミスタ装置では、中空金属体内部に正特性サーミスタ素子、絶縁板、端子板、バネ端子を配置するため、全体の組立方法が煩雑であり製造が容易ではなかった。

また、最近の正特性サーミスタ素子を用いた温風ヒータや自動車用補助ヒータなどの正特性サーミスタ装置では、その出力が６００Ｗ程度要求されるが、自動車用の場合、直流１２Ｖの電源が使用されるので、６００Ｗの場合に５０Ａの電流を中空金属体とバネ端子に流す必要がある。しかし、特許文献２に示されている構造の正特性サーミスタ装置では、５０Ａ流しても焼き切れないバネ端子を製造するのは困難であった。すなわち、大電流に対応できるバネ端子を得るには、比抵抗が小さい材料を使用する必要がある。例えば、リン青銅などの銅合金である。しかし銅合金は耐熱性が低く、特許文献２に示されている構造のようなバネ端子として使用すると、ヒータの熱によって端子が容易に変形し、バネ力が劣化して、正特性サーミスタ素子と中空金属体との接触が弱くなり、その結果熱電導が悪化してヒータの出力が低下するという問題が生じる。これに対し、耐熱性の高いステンレススチールを用いてバネ端子を作成すると、その比抵抗が高いため、材料の厚みを厚くしてバネ端子の電気抵抗値を下げる必要がある。しかしその結果、バネ力が非常に強くなって最適な押圧力が得られないという問題が生じる。

また、自動車用ヒータでは、その長が２００ｍｍを超えるものも要求されるが、この場合、特許文献２に示されているようなバネ端子を中空金属体の一端の開口部から挿入しようとすると、挿入途中でバネ端子が曲がってしまうため現実的に挿入が困難である。しかも、バネ端子が正特性サーミスタ素子に直接接するため、バネ端子の挿入時にそのバネ端子によって正特性サーミスタ素子表面の電極が損傷してしまうが、この損傷が電極焼けの原因となってしまう。

また、バネ端子には、そのバネ端子を中空金属体から絶縁するための絶縁物が接触しているため、バネ端子の挿入時に絶縁物の一部分に押力が集中し、絶縁物を傷めてしまう不都合がある。特に、絶縁物にアルミナ板を用いた場合にそれが割れると絶縁物として使用できないという問題が生じる。

さらに、このような発熱装置に適する軟質系の絶縁物としては熱良導体であるシリコーン系樹脂が有効であるが、特許文献２に示されている中空金属体の内部にシリコーン系樹脂を均一に設けることは困難である。

そこで、この発明の目的は、大電流を流すことができ、正特性サーミスタ素子の電極損傷がなくバネの挿入が容易であり、絶縁物の損傷がなく絶縁物配置が容易な正特性サーミスタ装置を提供することにある。

この発明の正特性サーミスタ装置は、上記課題を解決するために次のように構成する。

断面の外形状がほぼ矩形の筒状の中空部を有する金属体と、両面に電極を形成した板状の正特性サーミスタ素子と、前記正特性サーミスタ素子の電極にそれぞれ接する２つの端子板と、前記中空部の下面に接する絶縁板と、前記２つの端子板のうち一方の端子板に接する押圧バネと、を備え、
前記金属体の中空部に、前記絶縁板、前記正特性サーミスタ素子、前記２つの端子板をそれぞれ挿入するとともに、前記中空部の上面と前記中空部の上面側の端子板との間に前記押圧バネを挿入して、当該押圧バネと前記中空部の下面との間で前記正特性サーミスタ素子を前記端子板で挟んだ状態で、前記絶縁板、前記正特性サーミスタ素子、前記２つの端子板からなる積層体を前記中空部内に弾性保持することによって構成する。

上記押圧バネは、長手方向に垂直な面での断面形状がほぼ一定となるように屈曲させた板材からなり、その長手方向の先端を尖らせてこの押圧バネを前記金属体の中空部の開口部から挿入自在とする。

また、前記押圧バネは２つ備え、上記中空部の２つの開口部からそれぞれ挿入する。これにより、金属体の長手方向寸法の長いものであっても押圧バネの挿入が可能となる。

この発明によれば、正特性サーミスタ素子が２つの端子板で挟まれた状態で一方の（上面側の）端子板と中空部の内面（上面）との間に押圧バネを挿入するので、押圧バネの挿入が容易であり、正特性サーミスタ素子の電極を損傷させることもない。また、押圧バネが正特性サーミスタ素子の電極に直接接する端子板ではないので、大電流の通電時にも端子の焼き切れがなく、しかも正特性サーミスタ素子の電極に対して端子板を適正押圧力で押圧できるので大電流の通電にも対応できる。また、金属板の中空部内の片側へ正特性サーミスタ素子をバネで押圧する構成であるので、正特性サーミスタ素子で生じる熱が絶縁板および金属板へ伝わりやすく熱放散性がよい。さらに、中空部内に絶縁板を挿入するだけで端子板および正特性サーミスタ素子を金属体から絶縁できるので、絶縁構造が容易にとれる。

また、この発明によれば、先端を尖らせた押圧バネを金属体の中空部の開口部から挿入するように構成したので、絶縁板、正特性サーミスタ素子、端子板の積層体を金属体の中空部に容易に設けることができる。また、押圧バネの挿入時に押圧バネが金属板および端子板に引っかかりにくくなり、金属板および端子板が削れることによって生じる金属屑によるショート不良などを防ぐことができる。

さらに、この発明によれば、上記押圧バネを２つ備えて、中空部の２つの開口部からそれぞれ挿入することによって、長尺の正特性サーミスタ装置にも適用可能となる。

特許文献１で示されている正特性サーミスタ装置の構成を示す図である。 特許文献２で示されている正特性サーミスタ装置の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る正特性サーミスタ装置の長手方向に垂直な面での断面図である。 同正特性サーミスタ装置の長手方向に沿った断面図である。 同正特性サーミスタ装置で用いる押圧バネの形状を示す図である。 第２の実施形態に係る正特性サーミスタ装置の構成を示す図である。 第３の実施形態に係る正特性サーミスタ装置の構成を示す図である。 同正特性サーミスタ装置で用いる押圧バネの形状を示す図である。 第４の実施形態に係る正特性サーミスタ装置で用いる押圧バネの形状を示す図である。

符号の説明

１−金属体
２−正特性サーミスタ素子
３，４−端子板
５−下部絶縁板
６，７−側部絶縁板
８，１０−押圧バネ
３１−電極
３２−枠体
１００−発熱部
１０１−放熱部
Ｔ−中空部
Ｃ−係合部

この発明の第１の実施形態に係る正特性サーミスタ装置について図３〜図５を参照して説明する。
図３は、正特性サーミスタ装置の長手方向に垂直な面での断面図である。また、図４の（Ｂ）は長手方向の中心軸に沿った縦断面図、図４の（Ａ）は金属体の中空部の上面付近での横断面図である。

この図３・図４に示すように、金属体１は、長手方向に垂直な面での断面の外形状がほぼ矩形をなしていて、筒状の中空部Ｔを備えている。図４に示す例では、５つの正特性サーミスタ素子２ａ〜２ｅを備えていて、各正特性サーミスタ素子は直方体形状をなし、その上下面に電極３１を形成している。また、正特性サーミスタ素子２ａの電極３１にそれぞれ接する長尺状の２つの端子板３，４を備えている。下面側の端子板４と中空部Ｔの下面との間には下部絶縁板５を設けている。

図３に示すように、２つの端子板３，４と正特性サーミスタ素子２ａとの積層体の両側面と中空部Ｔの側面との間には側部絶縁板６，７を配置している。金属体１の中空部Ｔには、上記側部絶縁板６，７を挿入固定する溝Ｇを形成している。

押圧バネ８ａは、長手方向に垂直な面での断面形状が長手方向の位置に関わらずほぼ一定となるように屈曲させた金属板からなり、上面側の端子板３と中空部Ｔの上面との間に挿入している。これにより、正特性サーミスタ素子２ａを端子板３，４で挟んだ状態で下部絶縁板５とともに、押圧バネ８ａと中空部Ｔの下面との間で弾性保持している。

中空部Ｔの上面には押圧バネ８ａと係合する凸状の係合部Ｃを形成している。これにより、中空部Ｔの開口部から押圧バネ８ａを挿入する際に、金属体１の中空部Ｔに対する位置決めを行っている。このような構成とすることによって、押圧バネ８ａ，８ｂをそれぞれ長手方向にスムーズに挿入することができる。

図４に示すように、正特性サーミスタ素子２ａ〜２ｅを挟む端子板３，４は金属体１の中空部Ｔの２つの開口面からそれぞれ突出させて、その突出部をこの正特性サーミスタ装置の端子としている。押圧バネ８ａ，８ｂは同一形状を成し、金属体１の中空部Ｔの２つの開口面からそれぞれ長手方向に挿入し、中空部Ｔの中央でほぼ当接するようにしている。
以上のようにして発熱部１００を構成している。

図５は、上記押圧バネ８ａの先端形状を示す断面図である。この図に示すように、押圧バネ８ａの一方の先端部は先細り形状に尖らせている。図４に示したもう一方の押圧バネ８ｂについても同様である。このように、先端を尖らせたことにより金属体１の中空部Ｔの開口面から容易に挿入できるようになる。

図３・図４において、金属体１は、長さ２５０ｍｍ、断面１２×１０ｍｍのアルミニウムの押出し成型によって形成したものである。また、側部絶縁板６，７はそれぞれマイカからなる。下部絶縁板５は厚さ１ｍｍのアルミナ板であり、端子板３，４は厚さ０．３５ｍｍのリン青銅からなる。正特性サーミスタ素子２ａ〜２ｅの寸法は、それぞれ長さ３０ｍｍ、幅６ｍｍ、厚さ１．５ｍｍである。
この第１の実施形態によれば、５０Ａの電流を通電しても端子板３，４の溶断はなかった。

第１の実施形態で示した正特性サーミスタ装置は次のようにして組み立てる。
（１）まず、側部絶縁板６，７を、それらの側端部が溝Ｇに沿ってスライドするように中空部Ｔの一方の開口面から装着する。
（２）次に、下部絶縁板５、端子板３，４、正特性サーミスタ素子２ａ〜２ｅを積層させた状態で中空部Ｔの一方の開口部から挿入する。
（３）その後、中空部Ｔの両方の開口面から押圧バネ８ａ、８ｂをそれぞれ係合部Ｃに係合させつつ挿入する。
この第１の実施形態に係る正特性サーミスタ装置の作用効果は次のとおりである。
（ａ）正特性サーミスタ素子２ａ〜２ｅの両面を端子板３，４で挟み、金属体１の中空部Ｔの上面と上部の端子板３との間に押圧バネ８ａ，８ｂを挿入しているため、すなわちこの押圧バネ８を端子として使用していないため、押圧バネ８ａ，８ｂの電流容量を考慮する必要がない。そのため、最適なバネ設計が可能となる。また、端子板３，４の材料・厚みなどを自由に設計できるため、例えば自動車用ヒータなどの大電流を通電する装置への対応が容易となる。

（ｂ）押圧バネ８ａ，８ｂは長手方向に垂直な面での断面形状がほぼ一定となるように屈曲させた（巻き込んだ）形状の金属板であるため、その挿入時にも折れにくい。

（ｃ）中空部Ｔの内面（上面）と端子板（端子板３）との間に押圧バネ８ａ，８ｂを挿入するため、正特性サーミスタ素子２ａ〜２ｅの電極が損傷することがなく端子板３，４を正特性サーミスタ素子２ａ〜２ｅの電極面に対して垂直方向に押圧するため、端子板３，４と正特性サーミスタ素子２ａ〜２ｅの電極との接触不良が生じにくい。

（ｄ）側部絶縁板６，７を挿入する溝Ｇを中空部Ｔの内部に形成しているので、側部絶縁板６，７の挿入が容易となり、下部絶縁板５、端子板３，４、および正特性サーミスタ素子２ａ〜２ｅの積層体を挿入する前に予め中空部内に側部絶縁板６，７を配置しておけるので、上記積層体の挿入も容易となる。特に、自動車用補助ヒータなどでは長さが１５０ｍｍ以上と長く、開口寸法が１０ｍｍ×６ｍｍと狭いため、従来技術のようにシリコーン樹脂を中空部内に設けることは困難であるが、この第１の実施形態ではマイカやアルミナ板などの絶縁板を中空部の開口面から挿入するだけで容易に組み立てることができる。

（ｅ）金属体１の中空部Ｔ内部に押圧バネ８ａ，８ｂの係合部Ｃを設けているので、押圧バネ８ａ，８ｂの位置ずれがなく且つ挿入が容易となって、正特性サーミスタ素子２ａ〜２ｅに対する端子板３，４の押圧力が安定化する。

（ｆ）押圧バネ８ａ，８ｂの先端を尖らせている（絞っている）ため、押圧バネ８ａ，８ｂの中空部Ｔへの挿入時に押圧バネ８ａ，８ｂを絞り込んで挿入する必要がなく、その挿入が容易となる。

（ｇ）金属体１の中空部Ｔのそれぞれの開口面から押圧バネ８ａ，８ｂを挿入するようにしたことにより、１つの押圧バネ８ａ，８ｂの長さが短くなって、挿入性が向上する。すなわち、挿入力が弱くなりバネの破損も防止できる。

次に、第２の実施形態に係る正特性サーミスタ装置について、図６を参照して説明する。
図６の（Ａ）はこの第２の実施形態に係る正特性サーミスタ装置の長手方向に垂直な所定面での断面図、（Ｂ）は下面図である。この第２の実施形態に係る正特性サーミスタ装置は図３・図４に示した正特性サーミスタ装置に放熱部１０１を設けたものに等しい。すなわち、図６において発熱部１００で示す部分は第１の実施形態で示した正特性サーミスタ装置と同様に構成されたものである。放熱部１０１は発熱部１００の金属体１に対して取り付けたもの、また一体に形成したものである。この放熱部１０１は（Ｂ）に示すようにアルミニウム製のコルゲートフィンであり、下部絶縁板５を介して正特性サーミスタ素子２が熱結合している金属体１の面に対して垂直な面に（両側面）にロウ付けしている。また、このコルゲートフィンは、上記金属体１の熱結合している面に対して吹き付ける空気がコルゲートフィンを通るように、その向きを定めている。

なお、この図６に示した例では、金属体１の両端面を覆うように、金属体１に枠体３２を被せている。この枠体３２はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）からなる。

次に、第３の実施形態に係る正特性サーミスタ装置について、図７・図８を参照して説明する。
図７は、装置長手方向に対して垂直な面での断面図、図８はこの正特性サーミスタ装置で用いる押圧バネの部分斜視図である。

第１・第２の実施形態では、端子板３，４および正特性サーミスタ素子２の面方向に沿って扁平させた押圧バネを用いたが、この３の実施形態ではほぼ円筒形状の押圧バネ１０を用いている。それに伴って、金属体１の中空部Ｔ内部に設ける係合部Ｃは断面半円形状の溝状に形成している。

端子板３，４および正特性サーミスタ素子２の幅方向寸法が比較的小さい場合には、このように押圧バネ１０が端子板３と線状に接する構造であってもよい。

次に、第４の実施形態に係る正特性サーミスタ装置で用いる押圧バネの他の形状について図９を参照して説明する。
上記金属体１の中空部Ｔに挿入する押圧バネは第１〜第３の実施形態で示したものに限らず、例えば図９の（Ａ）に示すように、断面がほぼ矩形であってもよい。また図９の（Ｂ）に示すように、端子板に接する箇所が複数の線状を成すような形状であってもよい。押圧バネの断面形状は、下部絶縁板５、端子板３，４および正特性サーミスタ素子２の積層体を中空部内部で、所定押圧力で押圧できるような形状であればよく、その形状は任意である。

Claims (3)

1. 断面の外形状がほぼ矩形の筒状の中空部を有する金属体と、
   両面に電極を形成した板状の正特性サーミスタ素子と、
   前記正特性サーミスタ素子の電極にそれぞれ接する２つの端子板と、
   前記中空部の下面に接する絶縁板と、
   前記２つの端子板のうち一方の端子板に接する押圧バネと、
   を備え、
   前記金属体の中空部に、前記絶縁板、前記正特性サーミスタ素子、前記２つの端子板をそれぞれ挿入するとともに、前記中空部の上面と前記中空部の上面側の端子板との間に前記押圧バネを挿入して、当該押圧バネと前記中空部の下面との間で前記正特性サーミスタ素子を前記端子板で挟んだ状態で、前記絶縁板、前記正特性サーミスタ素子、前記２つの端子板からなる積層体を前記中空部内に弾性保持するようにした正特性サーミスタ装置。
2. 前記押圧バネは、長手方向に垂直な面での断面形状がほぼ一定となるように屈曲させた板材からなり、その長手方向の先端を尖らせて当該押圧バネを前記中空部の開口部から挿入自在とした請求項１に記載の正特性サーミスタ装置。
3. 前記押圧バネを２つ備え、当該２つの押圧バネを前記中空部の２つの開口部からそれぞれ挿入した請求項１または２に記載の正特性サーミスタ装置。

Images